水利水能规划课程设计计算书.docx
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水利水能规划课程设计计算书
编号（学号）
：
2009474107
西藏大学农牧学院
水利水能规划课程设计封面
题目：
水利水能规划课程设计
姓名
：
吴佩鹏
专业
：
水利水电工程
班级
：
2009级本科班
学号
：
2009474107
所在学院
：
水利土木工程学院
指导教师
：
吕琳莉
完成日期
：
2012年11月23日
第一章水利水能规划课程设计任务书
一、设计目的
1．进一步巩固、加深、系统化所学课程的基本理论；
2．加深运算、绘图、编写计算说明书等基本技能的训练；
3．培养分析问题和解决问题的能力。
二、设计任务和要求
（一）熟悉、分析有关资料并绘制有关曲线
（二）对设计枯水年进行径流调节，求调节流量、保证出力及保证电能
（三）绘制年负荷图及电能累计曲线
（四）根据电力平衡，确定年调节水电站的最大工作容量
（五）考虑并确定水电站可能承担的备用容量，求发出必需容量时水轮机的最大过水能力
（六）计算水电站的弃水流量，弃水出力，进行电力系统的经济计算，按经济利用小时数确定重复容量
（七）确定设计水电站的总装机容量值
（八）对丰水年、平水年及枯水年进行径流调节，求多年平均年发电量
（九）编写计算说明书，并编上必要的图表
绘图要求：
（1）系统日最大负荷图；
（2）年调节水电站下游水位～流量关系曲线；
（3）年调节水电站水库库容关系曲线；
（4）系统各月平均日负荷图及电能累计曲线；
（5）年调节水电站弃水出力持续曲线。
三、基本资料及数据
1、电力系统负荷资料及已有火电站容量资料
A、年负荷（年最大负荷的百分比）（单位：
万KW）
季度
冬
春
夏
秋
冬
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
最大负荷
96.04
93.1
92.12
90.16
88.2
86.24
88.2
91.14
92.12
94.08
96.04
98
2、设计负荷水平年的最大负荷为98万KW。
3、典型日负荷图（单位：
万KW）
月份
小
时
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
72.99
70.76
67.62
66.18
64.74
64.20
65.66
67.85
67.62
69.06
70.50
74.48
2
70.11
67.96
67.62
66.18
64.74
62.28
63.70
65.82
67.62
69.06
70.50
71.54
3
70.11
67.96
67.62
66.18
64.74
60.37
61.74
63.80
67.62
69.06
70.50
71.54
4
70.11
67.96
68.60
67.14
65.68
58.45
59.78
61.77
68.60
70.06
71.52
71.54
5
72.99
70.76
69.58
68.10
66.62
60.37
61.74
63.80
69.58
71.06
72.54
74.48
6
74.91
72.62
71.54
70.02
68.50
64.20
65.66
67.85
71.54
73.06
74.58
76.44
7
74.91
72.62
76.44
74.81
73.19
68.03
69.58
71.90
76.44
78.07
79.69
76.44
8
83.55
81.00
80.36
78.65
76.94
71.87
73.50
75.95
80.36
82.07
83.78
85.26
9
92.20
89.38
88.20
86.32
84.45
78.57
80.36
83.04
88.20
90.08
91.95
94.08
10
83.55
81.00
92.12
90.16
88.20
76.66
78.40
81.01
92.12
94.08
96.04
85.26
11
86.44
83.79
88.20
86.32
84.45
73.78
75.46
77.98
88.20
90.08
91.95
88.20
12
78.75
76.34
79.38
77.69
76.00
71.87
73.50
75.95
79.38
81.07
82.76
80.36
13
78.75
67.34
82.32
80.57
78.82
69.95
71.54
73.92
82.32
84.07
85.82
80.36
14
86.44
83.79
85.26
83.45
81.63
73.78
75.46
77.98
85.26
87.07
88.89
88.20
15
92.20
89.38
88.20
86.32
84.45
75.70
77.42
80.00
88.20
90.08
91.95
94.08
16
86.44
83.79
83.30
81.53
79.76
76.66
78.40
81.01
83.30
85.07
86.84
88.20
17
84.52
81.93
79.38
77.69
76.00
78.57
80.36
83.04
79.38
81.07
82.76
86.24
18
93.16
90.31
79.38
77.69
76.00
82.41
84.28
87.09
79.38
81.07
82.76
95.06
19
96.04
93.10
85.26
83.45
81.63
86.24
88.20
91.14
85.26
87.07
88.89
98.00
20
92.20
89.38
92.12
90.16
88.20
84.32
86.24
89.11
92.12
94.08
96.04
94.08
21
84.52
81.93
88.20
86.32
84.45
80.49
82.32
85.06
88.20
90.08
91.95
86.24
22
80.67
78.20
83.30
81.53
79.76
78.57
80.36
83.04
83.30
85.07
86.84
82.32
23
77.79
75.41
79.38
77.69
76.00
73.78
75.46
77.98
79.38
81.07
82.76
79.38
24
74.91
72.62
71.54
70.02
68.50
67.08
88.60
70.89
71.54
73.06
74.58
76.44
4、系统中已有火电站的装机容量为31.5万千瓦，其机组为2台×5万千瓦，2台×2.5万千瓦，6台×2万千瓦，及9台×0.5万千瓦。
四、计划兴建一座年调节水电站，其原始资料和已知条件：
1、坝址处设计代表年的流量资料（单位：
）
月份
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
枯水年
184
389
530
194
189
20
14
37
13
17
15
40
平水年
184
377
685
294
118
47
80
24
19
11
24
33
丰水年
111
494
753
382
197
122
94
64
15
19
11
13
（1）选定正常蓄水位为：
180m。
（2）选定死水位为：
164m。
2、该年调节水电站下游水位流量关系曲线
水位（m）
106
106.8
107.1
108
109
111
112
113
流量
0
46
85
260
540
1280
1740
2280
3、该年调节水电站水库库容曲线（单位：
水位（m），库容：
）
水位
110
115
120
125
130
135
140
145
150
库容
0
0.05
0.2
0.35
0.6
0.95
1.37
1.9
2.5
水位
155
160
165
170
175
180
185
190
195
库容
3.2
4.05
5.07
6.27
7.6
9.1
10.75
12.7
15.1
五、电力系统有关经济资料：
1、水电站增加千瓦投资K水=820元/千瓦；
2、水电站增加千瓦容量的年费用率P水=3%；
3、额定投资效益系数i0=0.12；
4、火电站单位电能消耗的燃料费b=0.4公斤；
5、燃料到厂价格为95元/吨；
6、a=1.05。
六、设计步骤：
1、年调节水电站径流调节与水能计算（确定调节流量、保证出力和保证电能）；
2、计算各月日电能累计曲线；
3、选择装机容量
（1）确定最大工作容量（设最大工作容量分别为10万千瓦、15万千瓦、20万千瓦三个值）；
（2）确定系统备用容量（包括系统负荷备用容量、事故备用容量），并在水火电站间进行分配；
（3）确定年调节水电站必须容量（N必=N水工+N水备）及在正常蓄水位时水轮机的最大过水能力。
（由公式Qmax=N必/（AH）试算得到）
（4）确定重复库容
a．对年调节水电站丰、平、枯三年分别进行径流调节计算，得到个月的平均出力和电能，并按各水头下的最大过流能力检查来水期各月是否有弃水，确定弃水出力；
b．由丰、平、枯三年的弃水出力排频计算弃水出力持续曲线；
c．按书上公式（6—16）计算重复容量的经济合理工作小时数h经济；
d．由弃水出力持续曲线查得N重。
（5）由N装=N必+N重确定装机容量；
（6）由前面计算得到的丰、平、枯三年的电能，按书上公式（5—5）计算水电站多年平均年发电量。
备注：
1、计算说明书要求条理清楚，书面整洁；
2、计算最好要以图表形式给出；
3、附图集中附于计算说明书之后；
4、16周星期六（12月14日）前完成课程设计并上交。
第二章计算书
一、年调节水电站径流调节与水能计算
1、调节流量计算
由Z死=163m，Z正=175m，则查水库～库容曲线得出：
V兴=V正-V死=（9.1-4.868）×108=4.232
设计枯水年
=136.83
，
=12×2.63×
×136.83=4318.4×
；
经分析，设当年8月到次年2月为供水期，
；
设计枯水年枯水期总量，
；
由公式：
式中：
——为供水期来水总量；
——为兴利库容；
——为供水期历时；
可知：
注：
平水年、丰水年的
计算同枯水年算法，分别为53.15m3/s、59.73m3/s。
2、由时历列表法计算保证出力及保证
水电站保证出力及保证电能计算表（按枯水年）
时段（t）
月
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
1.00
2.00
天然来水流量Q天
m3/s
20.00
14.00
37.00
13.00
17.00
15.00
40.00
下游综合利用需要流量Q用
45.27
45.27
45.27
45.27
45.27
45.27
45.27
水库供水流量-△Q供
-25.27
-31.27
-8.27
-32.27
-28.27
-30.27
-5.27
水库蓄水流量+△Q蓄
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
水库供水量-△W供
106m3
66.37
82.13
21.72
84.76
74.25
79.51
13.84
水库蓄水量+△W蓄
弃水量W弃
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
时段初库存水量V初
910.00
843.63
761.50
739.78
655.02
580.77
500.64
时段末库存水量V末
843.63
761.50
739.78
655.02
580.77
500.64
486.80
时段初上游水位Z初
m
180.00
177.67
175.00
174.23
171.05
168.04
164.66
时段末上游水位Z末
177.67
175.00
174.23
171.05
168.04
164.66
164.00
月平均上游水位Z上
178.84
176.34
174.62
172.64
169.55
166.35
164.33
月平均下游水位Z下
106.78
106.78
106.78
106.78
106.78
106.78
106.78
水电站平均水头H
72.06
69.56
67.84
65.86
62.77
59.57
57.55
水电站效率h
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
0.85
月平均出力N水
万kw
2.72
2.63
2.56
2.49
2.37
2.25
2.17
保证出力N保
万kw
2.45
月发电量E水
万kw·h
1985.57
1916.68
1869.28
1814.86
1729.57
1641.53
1585.87
保证电能E保
万kw·h
12588.36
二、选择装机容量
1、确定最大工作容量
假设三种最大工作容量方案，分别为：
①10万千瓦、②15万千瓦、③20万千瓦。
由附图供水期各月电能累计曲线计算
关系曲线如下表：
方案
N（万KW）
月份（供水期）
E
N平均
∑N平均
E保，供（万kw·h）
一
10.00
8
14.21
0.59
10.85
7923.85
9
21.11
0.88
10
41.99
1.75
11
68.39
2.85
12
47.80
1.99
1
35.30
1.47
2
31.71
1.32
二
15.00
8
41.22
1.72
21.47
15672.19
9
58.18
2.42
10
84.67
3.53
11
118.08
4.92
12
90.39
3.77
1
73.03
3.04
2
49.68
2.07
三
20.00
8
79.97
3.33
37.32
27245.43
9
106.54
4.44
10
141.77
5.91
11
180.49
7.52
12
155.86
6.49
1
133.54
5.56
2
97.57
4.07
根据上表绘制
曲线附后。
又由公式：
可得：
查
曲线可得：
2、确定系统备用容量
（1）水电站负荷备用容量
《水利动能设计规范》中规定，调整周波所需要的符合备用容量，可以采用系统的负荷的5%左右，大型电力系统可采用较小值，因此这里取5%计算，得：
。
又因为在系统中，由于火电机组技术特性的限制，火电站担任系统的调频任务比较困难，且单位电能的耗煤率增加，不经济。
而水电站在担任调频方面比火电站方便，对系统应付负荷变化有利，且可以降低火电站的单位电能的耗煤率。
因此，此系统中的的负荷备用容量全由水电站承担，即：
（2）水电站事故备用容量
《水利动能设计规范》中规定，电力系统的事故备用容量可采用系统最大负荷的10%左右，且不得小于系统中最大一台机组的容量。
据此取水电站事故备用容量为系统最大负荷的10%计算得出：
由于电力系统中的事故备用容量要分布在电站上，事故备用容量的使用时间较长，水电站承担事故容量时，要预留一定的事故备用库容，会增大水电站的投资，当算出的
大于水库调节库容的5%时，才不承担全部事故备用容量。
按《水利动能设计规范》计算，
＞
所以水电站不适宜承担全部事故备用容量。
系统备用容量在水、火电站之间的分配，应根据各电站容量的比重、电站机组可利用的情况、系统负荷在各地区的分布等因素确定。
本设计主要依据各电站容量的比重来分配系统备用容量。
故有：
；
水电站的备用容量为
；
水电站的必需容量为
。
（3）水电站的重复容量的确定
水电站重复容量的设置，要额外增加水电站的投资和年运行费，因此，重复容量需要经过动能经济分析确定。
水轮机在正常蓄水位的过水能力可通过公式：
试算得到；
式中：
——为水电站的必需容量；
——为系数；
——为正常蓄水位时上下游水位差；
经试算可以得到：
。
分别对枯水年、平水年、丰水年流量资料进行历时调节计算如下表：
水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按丰水年计算）
时段（月）
天然来水
各部门综合用水
多余或不足水量
弃水
时段末兴利库容蓄水量
（106m3）
出库总流量（m3/s）
流量
（m3/s）
水量
（106m3）
流量
（m3/s）
水量
（106m3）
多余
（106m3）
不足
（106m3）
水量
（106m3）
流量
（m3/s）
丰水期
3
111.00
291.55
59.73
156.88
134.66
0.00
0.00
364.38
59.73
4
497.00
1305.40
59.73
156.88
1148.52
859.98
327.42
423.20
387.15
5
753.00
1977.80
59.73
156.88
1820.92
1820.92
693.27
423.20
753.00
6
382.00
1003.35
59.73
156.88
846.46
846.46
322.27
423.20
382.00
7
197.00
517.43
59.73
156.88
360.55
360.55
137.27
423.20
197.00
8
122.00
320.44
59.73
156.88
163.56
163.56
62.27
423.20
122.00
9
94.00
246.90
59.73
156.88
90.01
90.01
34.27
423.20
94.00
10
64.00
168.10
59.73
156.88
11.22
11.22
4.27
423.20
64.00
枯水期
11
35.00
91.93
59.73
156.88
64.95
358.25
59.73
12
19.00
49.90
59.73
156.88
106.98
251.27
59.73
1
11.00
28.89
59.73
156.88
127.99
122.74
59.73
2
13.00
34.15
59.73
156.88
122.74
0.00
59.73
合计
2298.00
6035.83
716.76
1882.61
4575.89
422.67
4152.69
1581.04
平均
191.50
59.73
131.75
水库年调节历时列表计算（未计入水量损失，按平水年计算）
时段（月）
天然来水
各部门综合用水
多余或不足水量
弃水
时段末兴利库容蓄水量
（106m3）
出库总流量（m3/s）
流量
（m3/s）
水量
（106m3）
流量
（m3/s）
水量
（106m3）
多余
（106m3）
不足
（106m3）
水量
（106m3）
流量
（m3/s）
丰水期
3
184.00
483.29
53.15
139.60
343.69
0.00
0.00
364.38
53.15
4
377.00
990.21
53.15
139.60
850.61
771.10
293.58
423.20
346.73
5
685.00
1799.19
53.15
139.60
1659.59
1649.51
628.01
423.20
681.16
6
294.00
772.21
53.15
139.60
632.61
632.61
237.01
423.20
290.16
7
118.00
309.93
53.15
139.60
170.33
170.33
61.01
423.20
114.16
枯水期
8
47.00
123.45
53.15
139.60
16.15
407.05
53.15
9
80.00
210.12
53.15
139.60
70.52
0.00
70.52
26.85
407.05
80.00
10
24.00
63.04
53.15
139.60
76.56
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